Автоматический контроль технологических параметров комплекса сушки

Задачами автоматического контроля технологических параметров процесса сушки являются:

а) предоставление информации для управления процессом (стабилизация температурного и тягодутьевого режимов, обеспечение полного сгорания топлива и получение заданной влажности высушенного продукта);

б) обеспечение безопасного ведения процесса сушки (сигнализация о недопустимых отклонениях технологических параметров для реализации осечки подачи топлива в топку).

Температурный режим процесса сушки контролируется терморезисторами (ТСМ), термоэлектрическими преобразователями (ТХА) или интеллектуальными датчиками (ТСМ-У; ТХА-У).

Автоматический контроль и сигнализация температуры реализуется в верхней части свода топки перед входом в сушильный барабан (термопара).

Датчики температуры работают в комплексе со вторичными приборами с сигнальными устройствами для подачи аварийного сигнала и отсечки топлива в случае превышения верхнего значения температуры (ДИСК-250, термоконтроллер).

Для контроля температуры в сечении сушильного барабана, термопара устанавливается непосредственно в стенке барабана с небольшим выходом внутрь и вращается в газовом пространстве и материале. Сигнал термопары передается на измерение через токосъемники представляющие две шины, укрепленные на изоляторах по периметру барабана. Выводы термопары крепятся к внутренней поверхности шин, а по внешней скользят токосъёмные устройства.

Тягодутьевой режим сушки контролируется по разрежению в топке. Контроль и сигнализация разрежения в топке осуществляется с помощью датчиков разрежения (например, «МЕТРАН-100-ЕХ-ДВ»), который работает в комплекте со вторичным прибором или контроллером с сигнальным устройством, подающим сигнал на осечку топлива.

Автоматический контроль и сигнализация давления топлива и первичного воздуха осуществляется датчиками-реле давления (например, ДЕ-57-6) и дублируются мембранными напоромерами (например, НМП-52). При снижении давления в магистралях ниже критического реле срабатывает и подает сигнал в схему аварийной сигнализации и на отсечку топлива.

Автоматический контроль расходов топлива, первичного и вторичного воздуха реализуется с помощью камерных диафрагм, (ФКС) и преобразователя разности давлений (например, «МЕТРАН-100-ДД»). Информация о расходах топлива и первичного воздуха используется для обеспечения полного сгорания топлива.

Контроль и сигнализация верхнего уровня в разгрузочной камере осуществляется с помощью гамма-реле.

Автоматический контроль массовых расходов кека и высушенного продукта может осуществляться конвейерными весоизмерителями (например, АКВС-1, ВКТ-5 и т.д.).

Особое место в автоматическом контроле технологических параметров процесса сушки (а также процесса фильтрования) занимает контроль основного параметра-влажности высушенного продукта (кека), определяющий эффективность работы комплекса сушки (фильтрования).

Методы измерения влажности принято делить на прямые и косвенные. В прямых методах производится непосредственное разделение влажного материала на сухое вещество и влагу. В косвенных методах измеряется другая величина, функционально связанная с влажностью материала. Косвенные методы требуют предварительной калибровки с целью установления зависимости между влажностью материала и измеряемой величиной.

Наиболее распространенным прямым методом является метод высушивания, заключающийся в воздушно-тепловой сушке образца материала до достижения равновесия с окружающей средой; это равновесие условно считается равноценным полному удалению влаги. На практике применяется высушивание до постоянного веса; чаще применяют так называемые ускоренные методы сушки. Для этого используются инфракрасные излучения или токи высокой частоты.

Основой химических методов является обработка образца твердого материала реагентом, вступающим в химическую реакцию только с влагой, содержащейся в образце. Количество воды в образце определяется по количеству жидкого или газообразного продукта реакции.

Прямые методы измерения влажности материалов не поддаются автоматизации и поэтому применяются для лабораторного контроля влажности.

Для автоматического контроля влажности материалов в технологических емкостях, трубопроводах и на конвейеров используются косвенные методы, которые подразделяются на электрические и неэлектрические.

Электрические методы измерения влажности подразделяются на кондуктометрические и диэлькометрические.

Кондуктометрические методы контроля влажности основаны на зависимости электропроводности материала от его влажности. В этом случае оценка влажности производится по результатам измерения электрического сопротивления материала, которое изменяется в широком диапазоне в зависимости от влажности. Влагомеры, построенные на этом принципе, позволяют контролировать влажность материала в потоке на конвейере, а чувствительным элементом служат два электрода, питаемые постоянным или переменным током низкой частоты.

Диэлькометрический метод контроля влажности основан на зависимости диэлектрической проницаемости материала от его влажности. К таким влагомером относится, например, индикатор влажности асбестовой руды ИВАР.

К электрической группе методов измерения влажности относится метод СВЧ-влагометрии (сверхвысокочастотный метод), основанным на измерении величины ослабления СВЧ-энергии влажным материалом и преобразовании это величины в цифровой код, соответствующий влажности материала.

Сверхвысокочастотный поточный влагомер «Микрорадар-113А» предназначен для непрерывного автоматического контроля влажности неэлектропроводных сред непосредственно в технологическом процессе методом микроволновой влагометрии (рис. 3.13) прибор предназначен для работы на ленточных конвейерах и в бункерах в условиях высоких температур и запыленности при высокой образованности и агрессивности материала.

Рис. 3.13 Поточный микроволновый влагомер МИКРОРАДАР-113А: 1 – блок управления и контроля; 2 – блок индикации; 3 – блок генератора; 4 – блок детектора; 5 – антенная система блока генератора; 6 – антенная система блока детектора.

Влагомер обеспечивает автоматическую коррекцию результатов измерения при изменении температуры материала, имеет токовый выход и последовательный канал связи с ЭВМ 118-485.

Сигнал сенсоров поступает в микропроцессорный блок обработки, в котором происходит вычисление влажности. Величина влажности показывается на индикаторном табло микропроцессорного блока и преобразуется в аналоговые выходы 4-20 мА и 0-5 В.

Прибор имеет четыре диапазона измерения влажности (0,5-3%; 3 – 15%; 15 -30%; 30 – 60%;).

По каналу RS-485 влажность, температура и сигналы сенсоров могут передаваться в компьютера. В комплект поставки прибора входит программа накопления и отображения влажности в реальном масштабе времени, что позволяет записывать на компьютер наблюдать, хранить и печатать информацию о влажности за любой период времени. Точность измерения влажности от 0,15% до 1 % в зависимости от диапазона влажности, с учетом погрешности пробоотбора и погрешности измерения влажности стандартным методом, например, сушкой в сушильном шкафу.

Для измерения влажности рудных концентратов, угля щебня и других сыпучих сред, находящихся в бункере или дозаторах можно использовать микроволновый влагомер «Микрорадар - 113В»; имеющий такие же технические характеристики как и «Микрорадар 113А».

Ограничения применения влагомеров типа «Микрорадар - 113А; 113В»:

· Прибор не может быть использован во взрывоопасных помещениях.

· Прибор не может быть использован для измерения влажности сильно проводящих материалов, например, антрацита или железной руды.

· Прибор не может быть использован при толщине слоя материала на конвейере менее 50 мм, или при наличии крупной фракции (куски более 50 мм) в материале.

· Прибор не может быть использован для измерения количества химически связанной воды (кристаллогидратной)

Микроволновый влагомер «Moistscan MA-500» производит точные измерения содержания влаги в сыпучих продуктах на конвейерной ленте, что позволяет обеспечивать оптимальную производительность в технологических процессах (рис. 3.14)

Рис. 3.14 Общий вид влагомера «Moistscan MA-500»

Микроволны проникают через ленту конвейера и материал, таким образом устранятся эффект от воздействия вертикальной сегрегации. Прибор использует комбинацию фазового сдвига и ослабления сигнала для определения содержания влаги. Эта технология применима на конвейерах как с текстильным кордом, так и со стальным кордом. Измерения не зависят от размеров кусков материала и скорости движения ленты. Поточный влагомер «Moistscan МА-500» автоматически компенсирует изменение скорости подачи продукта, используя стоящий рядом измеритель веса ленты, либо интегральный монитор толщины насыпи. Производитель рекомендует наиболее подходящую модель прибора для каждого конкретного случая.

Прибор устанавливается на конвейер с любой шириной ленты; толщина слоя исследуемого материала до 500 мм; диапазоны измерений влажности от 0 до 90% с точностью 0,1-0,5%; имеет 2 выходных токовых сигнала 4-20 мА; 1 выход RS232 (протокол modbus);частота измерений 100 изм/с;

Для контроля влажности сыпучих сред в бункерах можно использовать влагомер «Moistscan МА-600SS».

Для автоматического контроля влажности сыпучих сред в смесителях и на конвейерах можно использовать зондовый микроволновый влагомер FL-DIGIMODUL(рис 3.15)

Рис. 3.15 Общий вид влагомера:

1 – микроволновые зонды; 2 – датчики температуры;3 – измеритель влажности; 4 – блок управления и регистрации; 5 – Notbook

К измерителю влажности (влагомеру) FL-DIGI MODUL есть возможность для подключения одного микроволнового зонда для измерения влажности в смесителе и одного микроволнового зонда для измерения влажности в сыпучих материалах или для подключения двух микроволновых зондов для измерения влажности в сыпучих.

Дополнительно к каждому зонду может быть подключен температурный датчик. В связи с высокой скоростью расчетов FL-DIGI MODUL обеспечивает быструю регистрацию и обработку результатов измерений. Неравномерности в потоке материала и давлении материала на измерительный зонд могут своевременно и оптимально распознаваться и с помощью специальных программных фильтров оптимально корректироваться.

FL-DIGI MODUL работает исключительно в режиме MASTER-SLAVE, это означает выдачу значений влажности через интерфейс и ввод заданных данных может последовать только через предварительный вызов через управление.

Постоянная связь FL-DIGI MODUL с управлением осуществляется через последовательный интерфейс. Аналоговая выдача и, соответственно, старт измерения также возможны через переключающие контакты.

Параметрирование FL-DIGI MODUL следует через два интерфейса. С помощью объемного пакета программных данных можно легко выполнить настройку FL-DIGI MODUL (например, калибровку).

Влагомер имеет несколько диапазонов измерения с точностью ±0,3 %, графическое Onlineпротоколирование через PC, Notebook или SPS, дистанционное управление, аналоговые выходные сигналы 0-20 мА/4-20 мА и два интерфейса для связи с системой RS232/422/485 (обмен данными во время протекающего процесса) и RS232 (параметрирование) визуализация через РС и имеющиеся программы.

Инфракрасный метод контроля влажности основан на зависимости поглощения инфракрасного излучения веществом от содержания в нем атомов водорода (влажности).

Известно, что в молекуле существуют два основных вида колебаний — валентные и деформационные. Колебания, в условиях которых атомы остаются на осях валентной связи, а расстояния между атомами периодически изменяются, называют валентными. Под деформационными понимают колебания, в условиях которых атомы отходят от оси валентных связей. Поскольку энергия деформационных колебаний значительно меньше энергии валентных колебаний, то деформационные колебания наблюдаются при больших длинах волн.

Валентные и деформационные колебания создают основные, обладающие наибольшей интенсивностью полосы поглощения, а также обертонные полосы, имеющие частоты, кратные основной. Интенсивность обертонных полос поглощения меньше интенсивности основных.

Разграничение спектров по характеру поглощения совпадает с энергетическим делением инфракрасной (ИК) области излучений на ближнюю область, соответствующую области обертонов, и среднюю, соответствующую области основных колебаний.

Главной особенностью ИК-спектров является то, что поглощение излучения зависит не только от молекулы в целом, но и от отдельных групп присутствующих в этой молекуле атомов. Это положение является основополагающим для ИК спектрального анализа вещественного состава и определения количеств тех или иных групп атомов, присутствующих в исследуемом материале.

Получают и исследуют ИК-спектры с помощью специальных приборов — спектрометров или спектрофотометров, в которых излучение источника направляется на исследуемый образец через монохроматор, выделяющий из интегрального пучка излучений монохроматическое излучение той или иной длины волны.

Излучение, прошедшее через контролируемый материал, улавливается приемником, а сигнал, формируемый приемником, усиливается и обрабатывается электронным блоком. Обычно в видимой и ближней ИК-областях источниками излучения служат лампы накаливания, а приемниками - фоторезисторы, например PbS, GaS, InDb и т.п. В средней и дальней ИК-областях источниками излучений могут быть накапливаемые керамические стержни, а приемниками - термопары, болометры и т.п.

Количественный анализ содержания в контролируемом материале того или иного компонента достаточно прост, если имеется полоса поглощения данного компонента, не перекрывающаяся полосами поглощения других компонентов. Тогда глубина полосы хорошо коррелируют с концентрацией исследуемого компонента.

Прибор обычно регистрирует прозрачность характеризующую отношение потока, прошедшего через вещество, к потоку, падающему на вещество.

Примером технической реализации этого метода является влагомер Spectra-Quad, функциональная схема которого представлена на рис. 3.16.

Рис. 3.16 Функциональная схема влагомера Spectra-Quad:

1-образец; 2-датчик; 3-фокусирующее зеркало; 4- вращающееся колесо фильтров; 5 - источник ИК-излучения.

Влагомер предназначен для контроля влажности различных материалов и сыпучих сред (в том числе концентратов и минеральных удобрений) на конвейерной ленте; бункере и т.д.

Влагомер состоит из измерительного блока и блока управления и регистрации с ЖК-дисплеем.

Spectra-Quad использует технологию, основанную на поглощении света в области близкого инфракрасного спектра. Это бесконтактный, неразрушающий, безопасный метод.

Интенсивность поглощения на определённой длине волны пропорциональна содержанию данного вещества в материале.

Кварцево-галогенный источник испускает свет в ближнем ИК. Свет от источника проходит через вращающееся колесо фильтров. Фильтры в колесе пропускают только узкий диапазон длин волн в ближнем ИК.

В простейшем варианте колесо содержит два фильтра. Первый фильтр пропускает те длины волн, которые активно поглощаются образцом. Второй фильтр используется для сравнения, он пропускает узкий диапазон длин волн, которые не поглощаются образцом. Использование двух фильтров позволяет существенно повысить устойчивость к изменениям внутри прибора, а так же изменениям в окружающей среде.

Свет, прошедший через фильтр, направляется на образец 3 Частично свет поглощается, а частично отражается. Отражённый свет собирается и фокусируется на датчик 4. Сигнал с датчика обрабатывается так, чтобы показания стали пропорциональны содержанию вещества. Измерители фирмы Thermo используют уникальную запатентованную технологию Quadra-Beam, которая ещё более стабилизирует показания измерителя, защищая от возможных изменений внутри прибора на протяжении всего срока службы.

Диапазон измерения влажности 0-95% с точностью ±0,1%.

Влагомер имеет аналоговый выход 0-20 мА постоянного тока и цифровой RS232.

Нейтронный метод измерения влажности основан на замедлении быстрых нейтронов при упругом столкновении их с атомами вещества. Так как массы ядра и нейтрона соизмеримы, то при упругом столкновении происходит уменьшение энергии нейтрона, равное энергии отдачи ядра. При столкновении с легкими атомами, в частности с атомами водорода, потеря энергии может быть весьма значительной. Анизотропный поток быстрых нейтронов, сохраняющий при прохождении через вещество свое первоначальное направление, превращается в изотропный поток тепловых нейтронов, которые можно регистрировать детектором, расположенным в непосредственной близости от источника быстрых нейтронов или в точке, удаленной на некоторое фиксированное расстояние.

В реальных средах, содержащих не только легкие, но и средние (с зарядом Z> 35) ядра, быстрые нейтроны испытывают как упругие, так и неупругие столкновения, а затем, когда в результате столкновений нейтрон потеряет большую часть энергии, он начнет терять энергию только на упругих столкновениях. В среде с легкими атомами роль неупругих столкновений значительно слабее. Так, замедляющая способность воды вычислена с учетом кислорода. Несколько большая замедляющая способность у парафина. Высокую замедляющую способность углеводородов объясняет сильное влияние органических примесей на точность при измерении влажности почв нейтронным методом. Используя свойство разной замедленности нейтронов в материалах, создаются нейтронные влагомеры.

Нейтронный влагомер MOLA 7200 A можно использовать для контроля влажности сыпучих сред в промышленных бункерах.

Измерительная головка MOLA состоит из радиоизотопного нейтронного источника в специальном защитном контейнере и детектора нейтронов на основе ионизационной камеры. Радиоизотопный источник испускает высокоэнергичные (быстрые) нейтроны, которые проходит сквозь стенку бункера к измеряемому материалу. Попав в измеряемый материал, быстрые нейтроны рассеиваются в многочисленных соударениях с ядрами различных элементов, включая ядра водорода из молекул воды. В результате рассеяния многие нейтроны отражаются и возвращаются сквозь стенку обратно в MOLA.

Измерение влажности становятся возможными благодаря тому факту, что быстрые нейтроны, теряют мало энергии в соударениях с ядрами углерода, кислорода и другими, но в соударениях с ядрами водорода потеря энергии настолько велика, что нейтроны переходят в разряд малоэнергичных (тепловые нейтроны). Количество образовавшихся тепловых нейтронов пропорционально плотности водорода в измеряемом материале.

Ионизационная камера MOLA выдаёт токовый импульс при попадании каждого теплового нейтрона, создавая в результате ток, прямо пропорциональный плотности водорода. Если водород не содержится ни в каком веществе кроме воды, или количество водорода в остальных веществах постоянно, то датчик может быть откалиброван для выдачи сигнала в виде: вес воды на единицу объёма измеряемого материала. Если объёмная плотность измеряемого материала постоянна или используется опциональный датчик объёмной плотности, то токовый выход может быть откалиброван для выдачи массовой процентной доли воды.

Сигнал от детектора влагомера направляется напередатчик 1400А «М», где производятся вычисления и компенсация плотности (данные заводятся с датчика плотности). На выходе влагомера получается сигнал 4-20 мА настраиваемый на требуемые единицы измерения.